天然年径流量系列一致性修正

现行水文频率分析方法的一个基本前提是水文系列满足一致性假设，即水文极值的概率分布或统计规律在过去、现在和未来保持不变。但随着全球气候变化及人类活动影响的加剧，特别是大规模社会经济活动的持续增强，高密度水利工程群、城市群和大范围水土保持措施的建设，形成了复杂的人类活动影响链，改变了流域下垫面的产汇流规律和天然洪水的时空分配过程。洪水及径流生成和孕育环境的变化，使得用于水文频率分析计算的极值系列失去了一致性，采用传统频率计算方法得到的设计结果的可靠性受到质疑，将此设计成果应用于实际工程，无疑将增加工程水文设计的风险。为此必须对历年水文资料系列进行一致性检查。只有具有一致性的水文资料系列才可以在水文分析与计算、模拟预测中使用。

一、一致性修正方法的研究

1979年开展全国第一次水资源评价时，水利部水文局下发的“水资源技术细则”中有“测站以上受水利工程等影响损耗和增加的水量应进行还原计算，包括水库蓄水变量、灌区耗水量、跨流域引水、城市工业及生活用水量、水库蒸发渗漏等”的规定，并推荐了相应的还原计算公式。“技术细则”规定的还原计算，后来被人们称为“向前还原”，即将实测年径流量系列还原计算为流域内大量兴建水利工程前的所谓天然年径流量系列。“向前还原”得到的区域水资源评价成果，基本上反映了该区水资源的天然状态。而在频繁的人类活动条件下，水资源再回到天然情况的可能性不大，如水库的蒸发渗漏量不会返回，引水灌溉量最终以陆面蒸发增加而消耗的水量也不会返回，下垫面条件也不可能复原等等。因此，“向前还原”的评价成果不能直接用于水利工程的规划设计，或者说，在应用这种成果时还必须结合水资源现状开发利用程度一并考虑，才能正确地作出决策。鉴于成果应用不便，在水资源开发利用程度较高的北方地区，将年径流量系列“向后还原”，即向现状条件下还原计算，进行现状条件下的水资源评价更为符合实际。

1998年进行“河北省水资源水环境现状分析研究”和2000～2004年进行“河北省第二次水资源评价”时，采用“向后还原”的方法对年径流量系列成果进行了一致性修正，建立了山区降水径流量关系和平原降水径流量关系。

二、山区降水径流关系

由降水产流原理可知: 降水与径流之间存在着一定的相关关系，而频繁的人类活动引起下垫面变化后，使得同样的降水量所产生的径流量必然减少，反映在降水径流关系线上为下垫面变化后的点据比下垫面变化前的点据系统偏左，呈分离的两条抛物线。前者代表天然情况下的年降雨径流关系，后者即为现状条件下的年降雨径流关系。

以横山岭水库站为例，点绘该站1956～1997年的降水径流 (P～R) 相关图，见图7－1。

图7－1 横山岭水库站P～R相关图

河北省第二次水资源评价时，选择12个山区分区 (滦河区、河北沿海区、蓟运河区、潮白河区、永定河区、大清北支区、大清南支区、滹沱河区、滏阳河区、漳河区、内陆河区、辽河区)，在每个分区内选择1～2个典型站，进行降雨径流关系分析，研究系列为1956～2000年共45年。1956～1984年河北省第一次水资源评价成果作为天然径流系列，1985～2000年降雨径流资料作为现状条件下径流系列。据此进行山区地表水资源的现状评价。

三、平原区降雨径流模型

平原区的年径流量绝大多数由汛期几场或一次大暴雨所形成。加之平原区的代表站及小河站较少，在天然状态地表水资源评价时，是通过少数站汛期降雨量与年径流量相关，并概化成各水资源分区的产流暴雨量与年径流量相关来实现的。现状条件下平原区地表径流量锐减的主要原因是地下水连续超采，并引起地下水位持续下降造成的。地下水位下降，包气带增厚，降雨入渗量加大，最终以流域蒸散发消耗，实质是减少了径流量。据此分析，在利用现状条件的年降雨年径流资料建立测站以上或水资源分区的降雨与径流关系时，引进雨前流域平均地下水埋深作参数，取得可供使用的复相关图。